Neue Forschungsergebnisse eines Forscherteams des Smart Materials Lab der NYU Abu Dhabi (NYUAD), die heute in der Zeitschrift veröffentlicht wurden Naturkommunikation zeigt, dass organische Kristalle, eine neue Klasse intelligenter technischer Materialien, als effiziente und nachhaltige Energieumwandlungsmaterialien für fortschrittliche Technologien wie Robotik und Elektronik dienen können.
Während organische Kristalle bisher als zerbrechlich galten, haben die NYUAD-Forscher herausgefunden, dass einige organische Kristalle mechanisch sehr robust sind. Sie entwickelten ein Material, das einen neuen Weltrekord für seine Fähigkeit aufstellt, durch Expansion oder Kontraktion über die Hälfte seiner Länge zwischen verschiedenen Formen zu wechseln, ohne seine perfekt geordnete Struktur zu verlieren.
In der Studie mit dem Titel Außergewöhnlich hohe Arbeitsdichte eines ferroelektrischen dynamischen organischen Kristalls bei etwa Raumtemperaturstellt das Team unter der Leitung von NYUAD-Professor für Chemie Panče Naumov den Prozess der Beobachtung vor, wie das organische kristalline Material auf unterschiedliche Temperaturen reagiert. Die Forscher fanden heraus, dass die organischen Kristalle ihre Form ähnlich wie Kunststoffe und Gummi reversibel ändern konnten. Insbesondere konnte sich dieses Material über die Hälfte seiner Länge (51 Prozent) wiederholt über Tausende von Zyklen ausdehnen und zusammenziehen, ohne dass es zu einer Verschlechterung kam. Es war auch in der Lage, sich bei Raumtemperatur sowohl auszudehnen als auch zusammenzuziehen, im Gegensatz zu anderen Materialien, die eine höhere Temperatur zur Umwandlung benötigen, was höhere Energiekosten für den Betrieb verursacht.
Der Film zeigt die Ausdehnung der organischen Kristalle über die Hälfte ihrer Länge durch Erhitzen auf etwa Raumtemperatur. Bildnachweis: NYU Abu Dhabi.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien auf Silizium- oder Silikabasis, die zwangsläufig steif, schwer und spröde sind, werden die Materialien, die für die Elektronik der Zukunft verwendet werden, weicher und organischer Natur sein. Diese fortschrittlichen Technologien erfordern Materialien, die leicht, widerstandsfähig gegen Beschädigungen und effizient in der Leistung sind und außerdem zusätzliche Eigenschaften wie mechanische Flexibilität und die Fähigkeit haben, nachhaltig bei minimalem Energieverbrauch zu arbeiten. Die Ergebnisse dieser Studie haben zum ersten Mal gezeigt, dass bestimmte organische kristalline Materialien die Anforderungen dieser Technologien erfüllen und in Anwendungen wie weicher Robotik, künstlichen Muskeln, organischer Optik und organischer Elektronik (Elektronik, die ausschließlich aus Organisches Material).
„Diese neueste Entdeckung aus dem Smart Materials Lab der NYUAD baut auf einer Reihe unserer früheren Entdeckungen über das ungenutzte Potenzial dieser neuen Materialklasse auf, zu der adaptive Kristalle, selbstheilende Kristalle und organische kristalline Materialien mit Formgedächtnis gehören“, sagte er Naumov. „Unsere Arbeit hat gezeigt, dass organische Kristalle nicht nur die Anforderungen der aufkommenden Technologien erfüllen, sondern in einigen Fällen auch die Effizienz und Nachhaltigkeit anderer, gebräuchlicherer Materialien übertreffen können.“
Außergewöhnlich hohe Arbeitsdichte eines ferroelektrischen dynamischen organischen Kristalls bei etwa Raumtemperatur, Naturkommunikation (2022).